Проектирование автоматизированной системы управления доменной печью

2.3.12 Выбор ПЭВМ

Требования:

1. Клавиатура с русско-английскими символами;

2. Операторская станция, программатор на базе ПЭВМ должен оснащаться средствами для предотвращения физического доступа к внешним приводам и внутренним частям;

3. Не менее трех лет гарантии;

Минимально необходимые:

1. Процессор Intel i3,

2. оперативная память 4096 Mb,

3. накопитель на жестком магнитном диске 250 Gb,

4. дисковод DVD-RW (по необходимости),

5. сетевая плата 1 порт,

6. размер диагонали 19'',

7. разрешающая способность 1280x1024

SIMATIC PC представляет собой аппаратную платформу для систем автоматизации на базе IBM PC совместимого оборудования.

Промышленные компьютеры SIMATIC PC предназначены для эксплуатации в тяжелых условиях окружающей среды. Они должны работать круглосуточно, подвергаясь воздействию влаги, пыли, вибрации, ударов и электромагнитных помех.

Клиенты, выбирающие SIMATIC PC, оказываются в выигрыше благодаря тому, что соответствие самым высоким требованиям по функциональным возможностям, эксплуатационной надежности и производительности делает SIMATIC PC выгодным решением с учетом рабочего ресурса и цены.

Компьютеры SIMATIC PC имеют четыре исполнения, которые обеспечивают самый широкий диапазон их применения:

· блочное исполнение (Box PC) для использования в промышленных цехах и встраивания в различное оборудование;

· стоечное исполнение (Rack PC) для установки в шкафы управления и консоли 19-дюймового формата;

· настольное исполнение (Tower PC) для использования в пунктах управления и технических бюро;

· панельное исполнение (Panel PC) для визуализации и управления технологическим процессом с постов управления.

Основными особенностями промышленных компьютеров SIMATIC PC являются: системная плата, разработанная и производимая самой фирмой Siemens; классическая компьютерная технология и использование

процессоров фирмы Intel; промышленное исполнение, базирующееся на PC-стандартах (спецификация PC;99); предустановленное системное программное обеспечение (MS;DOS 6.22, Windows 98, Windows 2000 или Windows NT).

В процессе разработки и производства компьютеры SIMATIC PC подвергаются самым суровым испытаниям. Разнообразные электрические, механические и климатические тесты обеспечивают надежную работу изделий в самых тяжелых условиях эксплуатации. Все электронные и механические комплектующие компьютеров SIMATIC PC проходят тщательный входной контроль. На заключительной стадии производства все изделия подвергаются 48-часовому прогону при температуре 40°С.

Изделия серии SIMATIC PC отвечают требованиям национальных и международных стандартов и норм, включая DIN, UL, CSA и FM. Они имеют сертификаты соответствия Госстандарта России, а также разрешение Госгортехнадзора на применение в составе систем автоматизации на поднадзорных ему объектах.

SIMATIC Rack PC позволяют создавать мощные компьютерные системы промышленного назначения, отличающиеся высокой производительностью, гибкостью и надежностью. Компьютеры могут монтироваться в 19” стойки управления или использоваться в качестве настольных систем.

Семейство SIMATIC Rack PC включает в свой состав компьютеры трех типов:

* SIMATIC IPC547D компьютеры облегченного промышленного исполнения, отличающиеся высокой производительностью.

* SIMATIC IPC647C компактные компьютеры 19” исполнения для промышленных применений.

* SIMATIC IPC847C промышленные компьютеры высокой производительности с широкими возможностями наращивания своих функциональных возможностей.

Все компьютеры SIMATIC Rack PC характеризуются следующими показателями и свойствами:

* Максимальная производительность системы для решения комплексных задач автоматизации в промышленных условиях, обеспечивая применением новейших микропроцессоров Intel Core.

* Непрерывная круглосуточная 24-часовая работа.

* Мощный набор функций диагностики и мониторинга температуры, работы вентиляторов, состояния сторожевого таймера и т.д.

* Поддержка конфигураций RAID1 (“зеркальные” приводы), с опциональной возможностью “горячей” замены жестких дисков.

* Жесткие диски емкостью до 1 Тбайт. Опциональное использование полупроводниковых (SSD) дисков с технологией SLC.

* Компактные размеры корпусов с монтажной глубиной 500 мм.

* Высокий уровень электромагнитной совместимости, наличие марки CE для применения в промышленных условиях.

* Предварительно установленная и активированная операционная система для быстрого ввода в эксплуатацию.

* Использование принудительной вентиляции с установкой вентилятора и воздушного фильтра с фронтальной стороны корпуса.

* Запираемая фронтальная дверца.

* Удобная для обслуживания конструкция. Предварительно выполненная подготовка корпуса для монтажа на телескопические рельсы.

* Преимущественное использование в качестве рабочих станций и серверов.

* DVD диск с образом установленного программного обеспечения для быстрого восстановления исходного состояния жесткого диска.

* Высокая гибкость и широкие возможности расширения дополнительными компонентами.

* Слоты расширения PCI и PCI Express.

Таблица 8. Основные технические характеристики промышленных компьютеров.

Промышленный компьютер	SIMATIC IPC547D	SIMATIC IPC647C	SIMATIC IPC847C
Оперативная память	RAM DDR3 1333 SDRAM: 1/ 2/ 4/ 8/ 16 Гбайт, 1- или 2- портовая	RAM DDR3 1066 SDRAM: 1/ 2/ 4/ 6/ 8 Гбайт, 1- или 2- портовая, ECC опционально	RAM DDR3 1066 SDRAM: 1/ 2/ 4/ 6/ 8 Гбайт, 1- или 2- портовая, ECC опционально
Слоты расширения (все длинные)	4x PCI + 1x PCIe x16 + 1x PCIe x16 (4 Lane) + 1x PCIe x8 (1 Lane)	* 1x PCI + 1x PCIe x16 + 1x PCIe x8 (4 Lane) или * 2x PCI + 1xPCIe x16	* 7x PCI + 1x PCIe x16 * 7x PCI + 1xPCIe x16 + 3x PCIe x4
Встроенная графика	Intel HD 2000, 2560x 1600 точек, 60 Гц, 32-разрядная цветовая палитра, 1x DVI-I и 1x порт дис- плея	Динамическая, до 1.7 Гбайт, 2048x 1536 точек, 60 Гц, 32- разрядная цветовая палитра, 1x DVI-I или 1x VGA (через адаптер)	Динамическая, до 1.7 Гбайт, 2048x 1536 точек, 60 Гц, 32- разрядная цветовая палитра, 1x DVI-I или 1x VGA (через адаптер)

Изучив промышленные компьютеры SIMATIC Rack PC, был выбран SIMATIC IPC547D. Это компьютер обеспечивает максимальную производительность, также позволяет решать комплексные задачи автоматизации и визуализации.



Преимущества:

Высокий коэффициент готовности, минимальное время простоя. Высокая гибкость и удобство выполнения пуско-наладочных работ, эксплуатации и обслуживания. Непрерывная круглосуточная 24-часовая работа в промышленных условиях. Защита инвестиций.

2.4 Разработка внешнего вида щита контроля и управления

Щиты и пульты систем автоматизации используются для размещения на них технических средств контроля и управления технологическими процессами: контрольно-измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, питания и др.

Чертежи щитов и пультов отражают компоновку и взаимосвязи приборов и средств автоматизации, расположенных на щитах, пультах и стативах. Монтажные чертежи и схемы выполняют в объеме, позволяющем установить приборы, средства автоматизации и смонтировать электрические и трубные проводки внутри щита, пульта, статива.

В общем случае на них показывают:

· развернутые в одну плоскость стенки щита или пульта с монтажной стороны с изображениями на них приборов, аппаратов и установочных изделий;

· компоновку аппаратуры в щите, пульте, стативе;

· присоединение электрических проводок к приборам, аппаратам и монтажным изделиям;

· присоединение трубных проводок к приборам, аппаратуре и монтажным изделиям;

· присоединение внешних проводок к сборкам зажимов и переборочным соединителям;

· перечень приборов и аппаратуры, устанавливаемых в щите, пульте, стативе;

· спецификацию монтажных изделий и материалов;

· таблицы применимости; состава сборок зажимов; надписей в рамках;

· технологические требования и пояснения.

В качестве щита контроля и управления был выбран щит шкафной с задней дверью ЩШ-ЗД-1-1800800600 УХЛ3.1 ОСТ 36.13-90.

На щите расположены два показывающе-регистрирующих прибор ИС-203.4, (для температуры и давления соответственно) два ручных задатчика UD310 и ПЛК SIMATIC S7-400.

Показывающе-регистрирующие приборы установлены на высоте 1600 мм, программируемый контроллер - на высоте 1350 мм и ручные задатчики - на высоте 900 мм.

На внутренней плоскости расположены трансформатор ООМ-0.1-220/24, блок питания Р-130, 4 клеммно-блочных соединителя, 10 реле РПУ-2 и блок зажимов БЗ-10. Данное оборудование закреплено на рейках Р6 600 ТКЗ-100-83.

Общий вид щита контроля и управления представлен на стр. 53. Вид на внутренней плоскости представлен на стр. 54, спецификация - на стр. 55.

2.5 Разработка схемы внешних соединений

Для подключения различного оборудования к системе управления требуются различные типы и виды проводок.

Для подключения датчиков температуры используется кабель КВВГЭ 4х0,75 ГОСТ 1508-78. Кабели предназначены для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 В частоты до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В. Кабели применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабели. Кабели преимущественно применяются при необходимости защиты электрических цепей от влияния внешних электрических полей.

Для подключения двигателя и МЭО используется трубка кабель ВВГ 4х2,5 ГОСТ 16442-80. МЭО в своем составе имеет трехфазный двигатель, включенный по схеме «звезда с общей точкой», поэтому будут использованы все четыре жилы провода.

Для подключения щита контроля и управления к сети используется кабель АКВВГ 4х2,5 ГОСТ 1508-78. Кабели АКВВГ предназначены для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 В частоты до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В. Кабели АКВВГ применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабели. Допускается прокладка кабелей АКВВГ в земле (траншеях) при обеспечении защиты кабелей в местах выхода на поверхность.

Схема внешних соединений представлена на стр. 57.

2.6 Расчет структуры и состава службы КИПиА

Для обеспечения надёжной работы измерительной техники, средств контроля и регулирования необходимо обеспечить их высококвалифицированную эксплуатацию. С этой целью требуется рассчитать структуру и состав службы эксплуатации контрольно-измерительных приборов и средств автоматики (КИПиА).

1) Для начала определим ориентировочную численность персонала службы КИПиА. Она считается по числу приведённых приборов по следующей формуле (1):

(1)

где N_i - число приборов одного типа или наименования, шт.;

k_отi - коэффициент относительной трудоёмкости прибора наименования;

n - количество наименований (однотипных групп) приборов укрупнённой ведомости парка приборов.

Таблица 9. Расчеты числа приведенных приборов.

n	Наименование	Марка, тип	N	kотi	N*kотi
1	Расходомер	Milltronics E300/V-300	1	3.5	3.5
2	Передатчик показателей расходомера	SIWAREX FTC	1	3.5	3.5
3	Измеритель-регистратор расхода	Milltronics SF500	1	3.5	3.5
4	Магнитный пускатель	ПМЛ-1641Д 16	2	0.02	0.04
5	Запорный механизм	Механизм исполнительный однооборотный ИМТМ-4/2,5	1	3	1
6	Диафрагма	ДБС	1	1	1
7	Дифманометр	Метран 100	1	3.5	3.5
8	Ручной задатчик	UD310	2	10	20
9	Датчик температуры и давления	Ну-210/550	3	3.5	10.5
10	Измеритель-регистратор температуры и давления	ИС-203.4	2	3.5	7
11	Датчик массы	ТЕНЗО-М	1	3.5	3.5
12	Регистратор массы	HM14C 30T	1	3.5	3.5
13	Контроллер	SIMATIC S7-400	1	40	40
14	ПЭВМ	SIMATIC IPC 547D	1	40	40
	Число приведенных приборов		140.54

Выражение «приведённый прибор» введено для более объективной оценки мощности парка приборов комплекса.

Ориентировочная численность персонала службы КИПиА для 800 приведенных приборов составляет 4-15. Поэтому при N_пп = 140.54 ориентировочная численность персонала службы КИПиА будет равняться 1-4 человека.

2) Далее следует определить численность и квалификацию обслуживающего персонала по отделениям службы КИПиА при 41-часовой рабочей неделе.

Численность персонала службы КИПиА определяется по отделениям эксплуатации и ремонта объёмом выполняемых работ. Объём работ определяется нормами на периодичность проведения работ, т.е. числом поверок, ремонтов, наладок и нормами времени на производство этих работ. Следует учесть, что периодичность выполнения таких работ, как снятие и установка, пуск и наладка, равна периодичности выполнения капитального ремонта. Если при расчётах число персонала службы получается дробным, то его следует округлить в сторону увеличения числа.

Расчёт численности электромехаников отделения эксплуатации КИПиА выполняется по формуле (2):

(2)

где А_я - явочная численность дежурных электромехаников;

- суммарные затраты времени на ежедневное обслуживание всего парка приборов, рассчитанные в таблице 10;

k_з = 1,1 - коэффициент запаса, учитывающий выполнение непредвиденных работ, не предусмотренных нормами времени;

T_см = 480 минут - продолжительность рабочей смены.

Таблица 10. Расчет суммарных затрат времени на обслуживание

n	Наименование	Техн. обсл.
1	Расходомер	3	1	3
2	Передатчик показателей расходомера	3	1	3
3	Измеритель-регистратор расхода	3	1	3
4	Магнитный пускатель	0,01	2	0,02
5	Запорный механизм	3	1	3
6	Диафрагма	0,5	1	0,5
7	Дифманометр	0,01	1	0,01
8	Ручной задатчик	-	2	-
9	Датчик температуры и давления	3	3	9
10	Измеритель-регистратор температуры и давления	3	2	6
11	Датчик массы	3	1	3
12	Регистратор массы	3	1	3
13	Контроллер	3	1	3
14	ПЭВМ	3	1	3
	39.53

Тогда:

Списочная численность персонала, учитывающая все случаи невыхода на работу, предусмотренные законом, определяется по формуле (3):

(3)

где K_c - переходный коэффициент, или коэффициент списочного штата рабочих. Он определяется делением номинального фонда рабочего времени (Н) на эффективный фонд рабочего времени (Э) одного работника в год (формула 4)

(4)

При 41- часовой рабочей неделе эти показатели равны: Н = 2075 часов, Э = 1752 часа (при 25-дневном очередном отпуске).

Так как дробное число, то округляем его в большую сторону. Принимаем 1 электромеханика по отделению эксплуатации.

Расчёт численности электромехаников отделения ремонта КИПиА выполняется по формуле (5):

(5)

где - суммарные затраты времени на текущий и капитальный ремонты, пуск и наладку, снятие и установку, поверку. Результаты занесены в таблицы 11 и 12.

Таблица 11. Нормы времени

n	Наименование		Нормы времени
			Тек. ремонт	Кап. ремонт	Поверка	Пуск, наладка	Снятие, установка
1	Расходомер	1	2	8	-	1	1,5
2	Передатчик показателей расходомера	1	2	8	1	1	1,5
3	Измеритель-регистратор расхода	1	2	8	1	1,5	1
4	Магнитный пускатель	2	-	0,5	-	-	0,2
5	Запорный механизм	1	2,5	8	0,8	1	0,8
6	Диафрагма	1	1	4	-	1	1
7	Дифманометр	1	1,6	7	2	1,6	0,6
8	Ручной задатчик	2	0,8	-	-	-	-
9	Датчик температуры и давления	3	2	8	1	1	1,5
10	Измеритель-регистратор температуры и давления	2	2	8	1	1,5	1
11	Датчик массы	1	2	5	1	1,5	1
12	Регистратор массы	1	2	8	1	1,5	1
13	Контроллер	1	3	8	-	1,5	1
14	ПЭВМ	1	3	8	-	1,5	1

Таблица 12. Количество в год

n	Наименование		Количество в год
			Тек. ремонт	Кап. ремонт	Поверка	Пуск, наладка	Снятие, установка
1	Расходомер	1	6	1	1	1	1
2	Передатчик показателей расходомера	1	6	1	1	1	1
3	Измеритель-регистратор расхода	1	6	1	1	1	1
4	Магнитный пускатель	2	-	0,5	-	-	0,5
5	Запорный механизм	1	4	1	-	1	1
6	Диафрагма	1	5	5	-	5	3
7	Дифманометр	1	5	5	5	5	3
8	Ручной задатчик	2	9	-	-	-	-
9	Датчик температуры и давления	3	6	1	1	1	1
10	Измеритель-регистратор температуры и давления	2	6	1	1	1	1
11	Датчик массы	1	6	1	1	1	1
12	Регистратор массы	1	6	1	1	1	1
13	Контроллер	1	12	0,5	-	0,5	0,5
14	ПЭВМ	1	12	0,5	-	0,5	0,5

= 223,4 + 192,5 + 28 + 39,5 + 22,4 = 505,8

Списочная численность персонала отделения ремонта службы КИПиА, рассчитанная по формуле (4) равна:

Принимаем одного электромеханика по отделению ремонта.

Для определения квалификации персонала необходимо подсчитать суммарные затраты времени на выполнение работ по разрядам.

Так, по отделению эксплуатации суммарные затраты времени на выполнение работ по III разряду определяем

= 0,02 + 6 = 6,2.

По IV разряду:

= 23,2,

где n - количество приборов, техническое обслуживание которых выполняет электромеханик III разряда или IV разряда.

Определим численность персонала отделения эксплуатации, работающего по III и IV разрядам.

По III разряду:

;

Принимаем одного электромеханика III разряда.

;

Принимаем одного электромеханика IV разряда.

Следовательно, по отделению эксплуатации можно принять на работу одного электромеханика, то принимаемы на работу одного электромеханика IV разряда.

По отделению ремонта суммарные затраты времени на выполнение работ по техническому обслуживанию КИПиА определяются по III, IV разрядам.

По III разряду:

= 63,2

По IV разряду:

= 156,9

Определяем численность персонала отделения ремонта, работающего по соответствующим разрядам:

По III разряду:

;

По IV разряду:

;

Так как по отделению ремонта можно принять на работу одного электромеханика, то принимаем одно электромеханика IV разряд.

3) Определение численности инженерно-технических работников (ИТР) из условия, что их число составляет 25 % от общего числа электромехаников (N).

Общее число электромехаников: N=2. Таким образом, численность ИТР - один человек.

Административно-хозяйственное и техническое руководство подразделениями службы осуществляет ее руководитель (начальник). Поскольку на предприятиях 1 категории служба КИПиА состоит из небольших отделений эксплуатации и ремонта, организация унифицированных подразделений нецелесообразна.

Структура службы КИПиА имеет вид, показанный на рис. 3.

Рисунок 7. Структура службы КИПиА

4) Составление графика планово-предупредительных ремонтов и профилактических мероприятий.

График составляется на один календарный год с разбивкой на кварталы. В верхней части клетки указывается вид работы, выполняемой в начале месяца, в нижней - в конце месяца. График ремонтов представлен в таблице 13.

Рекомендуется поверку, текущий ремонт и капитальный ремонт обозначать соответственно буквами П, Тр, Кр.

Таблица 13. График ремонтных работ

№ п/п

Месяц Наименование

Январь

Февраль

Март

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

Ноябрь

Декабрь

1

Расходомер

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Тр

П

Тр Кр

2

Передатчик показателей расходомера

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Кр

Тр

Тр

3

Измеритель-регистратор расхода

Кр

4

Магнитный пускатель

5

Запорный механизм

Тр

Тр

Кр

Тр

Тр

6

Диафрагма

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Тр

П

Тр Кр

7

Дифманометр

Тр

Кр

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр

8

Ручной задатчик

Тр

П

Тр

Тр

Тр

Кр

Тр

Тр

9

Датчик температуры и давления

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Тр

П

Тр Кр

10

Измеритель-регистратор температуры и давления

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Кр

Тр

Тр

11

Датчик массы

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Тр

П

Тр Кр

12

Регистратор массы

Тр

Тр

П

Тр

Тр

Кр

Тр

Тр

13

Контроллер

Тр П

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр Кр

Тр

Тр

Тр

Тр П

Тр

Тр

14

ПЭВМ

Тр

Тр П

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр П

Тр

Тр

Тр

Тр Кр

Тр

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта была разработана автоматизированная система управления доменной печью.

Данная система включает в себя контуры контроля и регулирования подачи материалов и давления с температурой, контуры контроля массы выгружаемых чугуна и шлака, и дутья.

Результатами работы являются технологическая схема доменной доменного производства в целом и доменной печи в частности, функциональная схема автоматизации, выборка и перечень необходимых технических средств автоматизации. Плюсом был разработан щит контроля и управления и построены необходимые чертежи - общий вид, вид на внутренней плоскости, схема внешних соединений. После этого был проведен расчет структуры и состава службы КИПиА, в результате которого было установлено, что для обслуживания представленной системы необходимо два электромеханика IV разряда. Для приборов и средств автоматизации составлен график ремонтных работ и поверок.

Таким образом, в результате выполнения данной работы были реализованы все цели и задачи, поставленные в первоначальном задании.

Также в ходе работы были получены знания и опыт в сфере изучения технологического процесса, разработки системы автоматизации и документации к ней, что немаловажно для специалиста по автоматизации и управлению.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизация основных металлургических процессов. Липухин Ю.В., Булатов Ю.И., Бок Г., Кнорр М.М.: Металлургия, 1990. 280 с.

2. Харахнин К.А., Булатов Ю.И., Мочлаин В.Н. Автоматизация доменного производства: Учеб. Пособие. - Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2015. - 70с.

3. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Проектирование автоматизированных систем». Учебно-методическое пособие. Н.Л. Макарова, С.А. Пойгина, А.Л. Смыслова, канд. техн. наук, доцент (ЧГУ), 2001. 59 с.

4. Расчет структуры и состава службы КИПиА. Учебно-методическое пособие. А.А. Чуриков, Г.В. Шишкина, 2008. 44 с.

5. ГОСТ 2.105 общие требования к текстовым документам

6. ГОСТ 21.408-93 Правила выполнения рабочей документации автоматизации ТП-2

7. Интернет-ресурс «EL-AB: строй портал»,

URL: http://el-ab.ru/post.php?id=5592

8. Интернет-ресурс «StudFiles. Файловый архив студентов»,

URL: http://www.studfiles.ru/preview/4193965/

Размещено на Allbest.ru

...